TMPRSS2 es un supresor tumoral y su regulación negativa promueve la inmunidad antitumoral y la respuesta inmunoterapéutica en el adenocarcinoma de pulmón.

Resumen

Antecedentes

La TMPRSS2, una molécula clave para la invasión de las células huésped humanas por el SARS-CoV-2, está asociada con el cáncer. Sin embargo, su relación con el cáncer de pulmón sigue sin explorarse lo suficiente.

Métodos

En cinco conjuntos de datos de transcriptómica en masa, un conjunto de datos de secuenciación de ARN de células individuales (scRNA-seq) y un conjunto de datos de proteómica para el adenocarcinoma de pulmón (LUAD), exploramos las asociaciones entre la expresión de TMPRSS2 y las firmas inmunitarias, los fenotipos de progresión tumoral, las características genómicas y el pronóstico clínico en LUAD mediante el enfoque bioinformático. Además, realizamos una validación experimental de los hallazgos bioinformáticos.

Resultados

Los niveles de expresión de TMPRSS2 se correlacionaron negativamente con los niveles de enriquecimiento de las firmas inmunoestimulantes e inmunoinhibidoras, mientras que se correlacionaron positivamente con las proporciones de las firmas inmunoestimulantes/inmunoinhibidoras. Indicó que los niveles de TMPRSS2 tenían una correlación negativa más fuerte con las firmas inmunoinhibidoras que con las inmunoestimulantes. La regulación negativa de TMPRSS2 se correlacionó con una mayor proliferación, pluripotencialidad, inestabilidad genómica, progresión tumoral y peor supervivencia en LUAD. Además, validamos que TMPRSS2 se regulaba negativamente con la progresión tumoral en la cohorte LUAD que recolectamos del Hospital de Cáncer de Jiangsu, China. Los experimentos in vitro e in vivo verificaron la asociación de la deficiencia de TMPRSS2 con una mayor proliferación e invasión de células tumorales y la inmunidad antitumoral en LUAD. Además, los experimentos in vivo demostraron que los tumores con TMPRSS2 inactivado eran más sensibles a BMS-1, un inhibidor de PD-1/PD-L1.

Conclusiones

TMPRSS2 es un supresor tumoral, mientras que su regulación negativa es un biomarcador positivo de inmunoterapia en LUAD. Nuestros datos proporcionan un vínculo potencial entre el cáncer de pulmón y la neumonía causada por la infección por SARS-CoV-2.

Fondo

El coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2) ha infectado a más de 204 millones de personas y causado más de 4,3 millones de muertes en todo el mundo hasta el 12 de agosto de 2021 (https://coronavirus.jhu.edu/map.html). El SARS-CoV-2 invade las células huésped utilizando su glicoproteína de pico (S) (1), que se compone de los dominios funcionales S1 y S2. S1 se une a la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) para la unión celular, y S2 se une a la proteasa transmembrana serina 2 (TMPRSS2) para la fusión de la membrana (1). Dado que TMPRSS2 desempeña un papel crucial en la regulación de la invasión del SARS-CoV-2 y los pacientes con cáncer son susceptibles a la infección por SARS-CoV-2, una investigación sobre el papel de TMPRSS2 en el cáncer es importante en el contexto de la pandemia actual de SARS-CoV-2. Estudios previos han demostrado la asociación entre TMPRSS2 y el cáncer (2,3,4,5). Por lo general, la fusión del gen TMPRSS2-ERG ocurre con frecuencia en el cáncer de próstata y está asociada con la progresión del tumor (6,7,8). En un estudio reciente (3), Katopodis et al. revelaron que TMPRSS2 se sobreexpresaba en varios tipos de cáncer en comparación con sus tejidos normales. En otro estudio (4), Kong et al. exploraron la expresión de TMPRSS2 en el adenocarcinoma de pulmón (LUAD) y el carcinoma de células escamosas de pulmón (LUSC). Este estudio sugirió que TMPRSS2 era un supresor tumoral en LUAD por su significativa regulación negativa en LUAD frente al tejido normal. Algunos estudios han examinado la asociación entre TMPRSS2 y la inmunidad tumoral en el cáncer. Por ejemplo, Bao et al. (5) investigaron la expresión de TMPRSS2 y sus asociaciones con variables inmunológicas y del microbioma en 33 tipos de tumores. Luo et al. (9) exploraron la asociación entre la expresión de TMPRSS2 y la infiltración inmunitaria en el cáncer de próstata. A pesar de estos estudios previos, las asociaciones de TMPRSS2 con la inmunidad tumoral, las firmas o vías oncogénicas, la progresión tumoral y los resultados clínicos en el cáncer de pulmón siguen sin explorarse lo suficiente.

En este estudio, analizamos las asociaciones entre los niveles de expresión de TMPRSS2 y los niveles de enriquecimiento de las firmas inmunes en cinco cohortes LUAD. Las firmas inmunes incluyeron células T CD8 +, actividad citolítica inmune, células T reguladoras CD4 +, células supresoras derivadas de mieloides (MDSCs) y PD-L1. También analizamos las asociaciones entre los niveles de expresión de TMPRSS2 y las actividades de varias vías oncogénicas, incluyendo el ciclo celular, la reparación de desajustes y la señalización de p53. Además, exploramos las asociaciones entre la expresión de TMPRSS2 y los fenotipos tumorales (como la proliferación y el carácter de pluripotencialidad tumoral), las características genómicas (como la inestabilidad genómica y la heterogeneidad intratumoral (ITH)), el avance tumoral y el pronóstico en estas cohortes LUAD. Además, exploramos la asociación entre la expresión de TMPRSS2 y la respuesta a la inmunoterapia contra el cáncer. Validamos los hallazgos computacionales realizando experimentos in vitro en la línea celular de cáncer de pulmón humano A549, H1975 y H1299 y experimentos in vivo con modelos de tumores de ratón. También validamos nuestros hallazgos en pacientes con LUAD que recogimos del Hospital de Cáncer de Jiangsu, China. Nuestro estudio demuestra que TMPRSS2 es un supresor tumoral, mientras que su regulación negativa puede promover la respuesta inmunitaria antitumoral y la respuesta a la inmunoterapia contra el cáncer. Este estudio puede proporcionar información sobre la conexión entre el cáncer de pulmón y la neumonía causada por la infección por SARS-CoV-2.

Resultados

La expresión de TMPRSS2 se correlacionó negativamente con el enriquecimiento de las firmas inmunes en LUAD

Encontramos que TMPRSS2 tenía una correlación de expresión negativa significativa con los niveles de infiltración de células T CD8+, que representan la respuesta inmune antitumoral adaptativa, en tres de las cinco cohortes LUAD (correlación de Spearman, p < 0,05) (Fig. 1a). Además, los niveles de expresión de TMPRSS2 se correlacionaron negativamente con la actividad citolítica inmunitaria, un marcador de la inmunidad subyacente (10), en las cinco cohortes LUAD. Mientras tanto, TMPRSS2 tuvo una correlación de expresión negativa significativa con PD-L1 en las cinco cohortes LUAD (Fig. 1a). Los niveles de expresión de TMPRSS2 se correlacionaron negativamente con los niveles de infiltración de células T reguladoras CD4+ y MDSC en cuatro cohortes LUAD, que representan firmas inmunosupresoras tumorales (Fig. 1a).

Figura 1

Asociación entre la expresión de TMPRSS2 y las firmas inmunes en LUAD. a Correlaciones entre los niveles de expresión de TMPRSS2 y los niveles de enriquecimiento de células T CD8+, la actividad citolítica inmunitaria, los niveles de expresión de PD-L1 y los niveles de enriquecimiento de células T reguladoras CD4+ y células supresoras derivadas de mieloides (MDSC) en cinco cohortes de LUAD. Se muestran los coeficientes de correlación de Spearman o Pearson (ρ o r) y los valores p. b Correlaciones de Pearson entre los niveles de expresión de TMPRSS2 y las proporciones de las firmas inmunoestimulantes/inmunoinhibitorias (CD8 + /PD-L1) en LUAD. C Curvas de supervivencia de Kaplan-Meier que muestran una mejor supervivencia libre de enfermedad en pacientes con LUAD con índices elevados de CD8+/PD-L1 (tercio superior) que en aquellos con índices bajos de CD8+/PD-L1 (tercio inferior). Se muestra el valor p de la prueba de log-rank. * p < 0,05, ** p < 0,01, *** p < 0,001, ns p ≥ 0,05. También se aplican a las siguientes figuras

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En conjunto, estos resultados sugieren una asociación negativa significativa entre la abundancia de TMPRSS2 y los niveles de infiltración inmunitaria en LUAD. Curiosamente, los niveles de expresión de TMPRSS2 mostraron una correlación positiva significativa con las proporciones de firmas inmunoestimulantes/inmunoinhibitorias (células T CD8+/PD-L1) de manera consistente en las cinco cohortes de LUAD (correlación de Pearson, p < 0,05) (Fig. 1b) Se indicó que los niveles de TMPRSS2 tenían una correlación negativa más fuerte con las firmas inmunoinhibitorias que con las firmas inmunoestimulantes. Además, encontramos que las proporciones de firmas inmunoestimulantes/inmunoinhibitorias se correlacionaban positivamente con la supervivencia libre de enfermedad (SSE) en la cohorte del Atlas del Genoma del Cáncer del adenocarcinoma de pulmón (TCGA-LUAD) (prueba de log-rank, p = 0,01) (Fig. 1C).

La regulación negativa de TMPRSS2 se correlaciona con un aumento de las firmas oncogénicas, la proliferación tumoral, el carácter pluripotencial y los resultados clínicos desfavorables en LUAD

Descubrimos que los niveles de expresión de TMPRSS2 estaban inversamente correlacionados con las actividades del ciclo celular, la reparación de desajustes y las vías de señalización de p53 en las cinco cohortes LUAD (correlación de Spearman, p < 0,001) (Fig. 2a). Además, TMPRSS2 mostró una correlación de expresión negativa con MKI67, un marcador de proliferación tumoral, en las cinco cohortes LUAD (correlación de Pearson, p < 0,001) (Fig. 2b) La pluripotencia tumoral indica un fenotipo tumoral similar al de las células madre, lo que representa un pronóstico desfavorable en el cáncer (11). Observamos que los niveles de expresión de TMPRSS2 estaban inversamente correlacionados con los puntajes de pluripotencialidad tumoral en estas cohortes LUAD (correlación de Spearman, p < 0,001) (Fig. 2C).

Figura 2

Asociaciones entre la expresión de TMPRSS2 y las vías oncogénicas, fenotipos tumorales y pronóstico en LUAD. Las correlaciones inversas entre los niveles de expresión de TMPRSS2 y las actividades de las vías oncogénicas (a), niveles de expresión de MKI67 (b) y puntuaciones de pluripotencialidad (C) en LUAD. Se muestran los coeficientes de correlación de Spearman o Pearson (ρ o r) y los valores p. d Comparaciones de los niveles de expresión de TMPRSS2 entre los estadios tardíos (estadios III-IV) y tempranos (estadios I-II), entre los de gran tamaño (T3-4) y los de pequeño tamaño (T1-2), y entre los de N1-3 (ganglios linfáticos) y los de N0 (sin ganglios linfáticos regionales). Se muestran los valores p de la prueba t de Student y el cambio de pliegue (FC) de los niveles medios de expresión de TMPRSS2. mi Los datos de cáncer de pulmón del Hospital de Cáncer de Jiangsu muestran que los niveles de expresión de TMPRSS2 son significativamente más bajos en los LUAD en etapa tardía (etapa IV) que en etapa temprana (etapa I-II). F Curvas de supervivencia de Kaplan-Meier que muestran que los pacientes con LUAD con un nivel bajo de expresión de TMPRSS2 (tercio inferior) tienen peor supervivencia general (SG) o peor supervivencia libre de enfermedad (SLE) que los pacientes con LUAD con un nivel alto de expresión de TMPRSS2 (tercio superior). Se muestran los valores p de la prueba de rangos logarítmicos. SG, supervivencia general. SLE, supervivencia libre de enfermedad. gramo El análisis de regresión de riesgos proporcionales de Cox multivariante muestra que el estadio, la edad y el enriquecimiento de células T reguladoras CD4+ tienen una relación inversa significativa…